【摘要】：纖維增強塑料(FRP)錨桿通常被應用于鐵路、礦山和其他地下工程支護及邊坡護理中,提升了工程的安全技術水平。在實際巖土工程中,FRP錨桿從本質上解決了鋼鐵錨桿銹蝕的問題,但由于施工破壞和自然條件的影響,FRP錨桿會出現(xiàn)諸多缺陷問題如斷裂等情況,從而造成安全隱患。本文基于鐵磁性材料的磁致伸縮效應設計了磁致伸縮換能器,將磁致伸縮導波技術應用于FRP錨桿無損檢測,并通過數(shù)值模擬和實驗方式對FRP錨桿進行了質量分析,測試結果為磁致伸縮導波技術在FRP錨桿無損檢測的實際工程應用中提供了重要依據(jù)。本文研究具體內容如下:(1)闡述了磁致伸縮的基本原理、超聲導波的基本概念、導波在FRP錨桿內傳播的多模態(tài)特性和頻散現(xiàn)象。根據(jù)頻散方程和導波的應力方程繪制了導波在FRP錨桿中傳播的頻散曲線和導波傳播過程中的功率流、位移分布,以及各模態(tài)導波在傳播過程中的形態(tài)。(2)根據(jù)縱向導波基本方程設計了縱向導波磁致伸縮換能器,通過理論分析了鐵磁性材料的磁致伸縮系數(shù)對磁致伸縮換能器效率的影響。建立了三種不同鐵磁性材料換能器的有限元模型,通過數(shù)值模擬的方式分析了材料對換能器效率的影響。根據(jù)扭轉導波的位移載荷原理,以施加位移力的方式在FRP錨桿內產生并接收扭轉導波,驗證了扭轉導波檢測FRP錨桿的有效性并確定其最佳檢測頻率。(3)搭建了基于磁致伸縮激勵的FRP錨桿檢測實驗系統(tǒng),激勵并采集導波信號。針對回波信號信噪比低、特征不明顯的問題,利用變分模態(tài)分解-最小均方誤差估計(VMD-MMSE)算法完成濾波,分析對比得出,與傳統(tǒng)經(jīng)驗模態(tài)分解(EMD)算法相比,經(jīng)VMD-MMSE濾波后的回波信噪比得到了提升。通過實驗的方式改變激勵、接收線圈的匝數(shù),調整靜態(tài)、偏置磁場的作用區(qū)域,對磁致伸縮換能器進行優(yōu)化,同時在FRP錨桿內產生扭轉導波并對FRP進行實驗檢測。結果表明,磁致伸縮導波技術可應用于FRP錨桿檢測。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU476
【圖文】：

-11-知，L(0,2)模態(tài)導波在低頻階段隨頻率變化導波導波傳播時的確切波速，雖然 F(1,1)模態(tài)導波于時實際裝置中較難實現(xiàn)[28]。L(0,1)縱向模態(tài)低頻確值。扭轉導波 T(0,1)激發(fā)方式較復雜，但在三的，且在 FRP 錨桿內傳播過程中能量衰減較小，適用于錨固質量檢測。磁致伸縮導波信號微弱波在遇到 FRP 錨桿與錨固界面耦合處不會發(fā)生波模態(tài)和彎曲導波更易于信號處理。導波在 FRP 錨桿內應力、功率分布波在各向同性、均勻、彈性的 FRP 錨桿內傳播rθ，其運動方程如式(2-12) ~ (2-15)所示[29-30]：

2 2 2 2= ω/ Tq c k i(ωt-θ 1 1u = AZ ( r) + BW ( r) e q q ( 2 2[ ( ) ( )]ωθτ μ= +i rq AZ qr BW qr e 2/Tc = μ ρ的半徑；μ 為 FRP 錨桿的剪切模量 錨桿的橫波速度；ω 為圓頻率； ρ函數(shù)；k 為軸向的波數(shù)。導波、T(0,1)模態(tài)導波在 FRP 錨桿內 30 kHz，F(xiàn)RP 錨桿半徑為 10 mm，(0,1)縱向模態(tài)導波，在 FRP 錨桿內位移ru 比軸向位移zu 較大，經(jīng)向位移勻，軸向位移在 FRP 錨桿外表面的

【參考文獻】

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1 何文;趙奎;寧建國;;注漿錨桿中扭轉導波的傳播特性[J];計算力學學報;2015年05期

2 朱龍翔;王悅民;孫豐瑞;;磁致伸縮扭轉導波管道缺陷檢測數(shù)值模擬和實驗研究[J];中南大學學報(自然科學版);2014年09期

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本文編號：2726445